專利名稱：潛孔鉆機(jī)的夾盤組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及潛孔鉆機(jī)，特別是涉及這種鉆機(jī)的夾盤組件。

發(fā)明內(nèi)容
潛孔鉆機(jī)(DTH)(也被稱為潛孔錘和地鉆機(jī))通常是靠流體操作的，一般包括殼 體、可活動(dòng)地置于殼體內(nèi)的活塞以及具有切割面的切割鉆頭。切割鉆頭耦接至殼體?；钊?殼體內(nèi)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)以不斷沖擊鉆頭，以驅(qū)動(dòng)所述切割面進(jìn)入被鉆的孔的工作表面中。通 常，這種鉆機(jī)進(jìn)一步包括夾盤螺紋連接至殼體，用于導(dǎo)引鉆頭和/或活塞的運(yùn)動(dòng)。鉆頭可活 動(dòng)地置于所述夾盤的中孔中，所述鉆頭和夾盤具有互補(bǔ)的槽和花鍵，其中槽和花鍵在鉆頭 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可滑動(dòng)地相互作用。而且，鉆頭一般是利用一組開(kāi)口環(huán)固定至夾盤，這組開(kāi)口環(huán) 套在鉆頭的外表面，例如是與鉆頭槽或肩部配合，以將鉆頭連接至夾盤。當(dāng)鉆頭在鉆孔操作中斷裂時(shí)，操作員必須從孔中移除鉆頭的斷裂件才能繼續(xù)鉆 孔。這個(gè)過(guò)程可能費(fèi)時(shí)，成本高，如果不成功，可能會(huì)導(dǎo)致放棄在鉆的孔。提供一種將鉆頭 的斷裂部與鉆機(jī)組件的其余部分保持在一起的結(jié)構(gòu)使得斷裂部可從孔中退出來(lái)，而無(wú)需耽 誤過(guò)長(zhǎng)時(shí)間和導(dǎo)致過(guò)高成本，可能是很重要的。這種結(jié)構(gòu)也應(yīng)該是可靠的。而且，當(dāng)鉆頭斷裂時(shí)，將夾盤從鉆機(jī)組件的其余部件上拆除可能是困難的。提供利 于夾盤移除的結(jié)構(gòu)可能是很重要的。即使當(dāng)鉆頭沒(méi)有破壞時(shí)，這種結(jié)構(gòu)也可以是有用的。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可提供一種保持裝置，用于保持地鉆機(jī)組件的鉆頭。所述 鉆機(jī)組件包括具有中軸線的殼體，所述鉆頭具有大致呈圓柱形的頭部。所述保持裝置大致 包括可連接至殼體的環(huán)形套管以及設(shè)在套管和鉆頭之間的保持組件。保持組件可包括軸向 槽和突起。軸向槽由所述套管和鉆頭其中之一形成，且槽具有軸向延伸的形成有開(kāi)口的側(cè) 壁和軸向端壁。突起支撐在所述套管和鉆頭其中之一上。所述突起可經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口 而被定位于所述槽，所述突起可與所述端壁抵接以限制鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸 向移動(dòng)。在一些構(gòu)造中，所述鉆頭的頭部具有外圓周面，所述槽形成在所述外圓周面上，所 述突起被所述套管支撐。所述突起與所述套管和鉆頭的其中另一一體成型。在一些構(gòu)造中，所述保持組件包括第一軸向槽，由所述套管和鉆頭其中之一形成， 所述第一槽包括軸向延伸且形成開(kāi)口的第一側(cè)壁、相對(duì)的第二側(cè)壁以及第一側(cè)壁與第二側(cè) 壁之間的端壁；第一突起，支撐在所述套管和鉆頭的其中另一上，所述第一突起可經(jīng)由所述 第一槽的第一側(cè)壁的開(kāi)口而被定位于所述第一槽，所述第一突起可與所述第一槽的端壁抵 接以限制所述鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)；第二軸向槽，由所述套管和鉆頭其中之一形成，所述第二槽包括軸向延伸的第一側(cè)壁、相對(duì)的第二側(cè)壁以及第一側(cè)壁與第 二側(cè)壁之間的端壁；以及第二突起，支撐在所述套管和鉆頭的其中另一上，所述第二突起可 經(jīng)由所述第二槽的第一側(cè)壁的開(kāi)口而被定位于所述第二槽，所述第二突起可與所述第二槽 的端壁抵接以限制所述鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。在這種構(gòu)造中，所述鉆 頭的頭部具有外圓周面，所述第一槽和第二槽形成在所述外圓周面上，所述第一突起和第 二突起被所述套管支撐。在一些構(gòu)造中，所述保持組件包括多個(gè)槽，由所述套管和鉆頭其中之一形成，每個(gè) 所述槽包括軸向延伸且設(shè)有開(kāi)口的第一側(cè)壁、相對(duì)的第二側(cè)壁以及第一側(cè)壁和第二側(cè)壁之 間的端壁，多個(gè)槽在所述套管和鉆頭其中之一的圓周方向上間隔開(kāi)；以及對(duì)應(yīng)的多個(gè)突起， 支撐在所述套管和鉆頭的其中另一上，每個(gè)所述突起可經(jīng)由對(duì)應(yīng)的槽的第一側(cè)壁的開(kāi)口而 被定位于所述對(duì)應(yīng)的槽，每個(gè)所述突起可與對(duì)應(yīng)的槽的端壁抵接以限制所述鉆頭自所述套 管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。所述保持組件可包括四個(gè)槽和四個(gè)突起。
保持組件可進(jìn)一步包括橫向槽，沿所述套管和鉆頭其中之一至少局部的圓周方向 上延伸。橫向槽通過(guò)軸向槽的側(cè)壁的開(kāi)口與所述軸向槽連通。所述突起可移動(dòng)進(jìn)入所述 橫向槽并經(jīng)由所述橫向槽進(jìn)入所述軸向槽。保持組件也可進(jìn)一步包括軸向進(jìn)入槽，具有開(kāi) 放軸向端。突起通過(guò)開(kāi)放軸向端沿軸向配合于進(jìn)入槽。橫向槽連通進(jìn)入槽與軸向槽。進(jìn)入 槽可具有封閉軸向端和相對(duì)的開(kāi)放軸向端。橫向槽可在靠近封閉軸向端的位置與進(jìn)入槽連
ο所述軸向槽具有與第一次提到的端壁相對(duì)的軸向第二端壁，所述側(cè)壁的開(kāi)口位于 所述第一次提到的端壁和所述第二端壁之間。所述突起具有軸向高度，所述第一次提到的 側(cè)壁的開(kāi)口的尺寸設(shè)計(jì)成緊密適配所述突起的軸向高度。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種地鉆機(jī)組件，大致包括具有中軸線的殼體、鉆 頭、夾盤和保持裝置。鉆頭具有大致呈圓柱形的頭部和連接至所述頭部的桿部。夾盤連接 至所述殼體，所述夾盤連接至所述鉆頭的桿部。保持裝置可包括可連接至夾盤的環(huán)形套管 和設(shè)置在套管和鉆頭之間的保持組件。保持組件大致包括軸向槽和突起。軸向槽由所述套 管和鉆頭其中之一形成，且槽具有軸向延伸的形成有開(kāi)口的側(cè)壁和軸向端壁。突起支撐在 所述套管和鉆頭其中之一上。所述突起可經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口而被定位于所述槽，所述突 起可與所述端壁抵接以限制鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。在一些構(gòu)造中，夾 盤和套管具有相互配合的面以將套管在軸向上保持在夾盤上。在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第一操作位置和第二操作位置之間移動(dòng)一 個(gè)軸向距離，所述突起具有軸向高度，所述槽具有軸向長(zhǎng)度，所述軸向長(zhǎng)度大于所述軸向距 離和所述突起的軸向高度的總和。在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第一操作位置和 第二操作位置之間移動(dòng)一個(gè)圓周向距離，所述突起具有圓周向?qū)挾?，所述槽具有圓周向?qū)?度，所述槽的圓周向?qū)挾却笥谒鰣A周向距離和所述突起的圓周向?qū)挾鹊目偤?。在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第一操作位置和第二操作位置之間軸向移 動(dòng)，所述槽和所述突起的尺寸設(shè)計(jì)成使得，在所述鉆頭的軸向位置在軸向上超出所述第一 操作位置和所述第二操作位置時(shí)，所述突起可與所述槽的端壁抵接。在所述鉆機(jī)組件操作 期間，所述鉆頭在第一操作位置和第二操作位置之間沿圓周方向移動(dòng)，所述槽具有與所述 第一次提到的側(cè)壁相對(duì)的第二側(cè)壁，所述槽和所述突起的尺寸設(shè)計(jì)成使得，在所述鉆頭的圓周向位置超出所述第一操作位置時(shí)，所述突起可與所述槽的第一次提到的側(cè)壁抵接，在所述鉆頭的圓周向位置在圓周向上超出所述第二操作位置時(shí)，所述突起可與所述槽的第二 側(cè)壁抵接。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可提供一種保持地鉆機(jī)組件的鉆頭的方法，所述鉆機(jī) 組件包括具有中軸線的殼體，所述鉆頭具有大致呈圓柱形的頭部。所述方法大致包括連接 環(huán)形套管至所述殼體；以及連接設(shè)在所述套管和鉆頭之間的保持組件。保持組件包括軸向 槽和突起。軸向槽由所述套管和鉆頭其中之一形成。槽具有軸向延伸且設(shè)有開(kāi)口的第一側(cè) 壁、相對(duì)的第二側(cè)壁以及第一側(cè)壁和第二側(cè)壁之間的端壁。突起支撐在所述套管和鉆頭其 中另一上。所述連接的動(dòng)作包括經(jīng)由第一側(cè)壁的開(kāi)口將突起定位于槽中以及使突起與端 壁抵接以限制所述鉆頭自套管遠(yuǎn)離殼體的軸向移動(dòng)。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明可提供一種操作潛孔鉆機(jī)的方法。所述方法大致包括下 列步驟提供具有第一和第二相對(duì)端的鉆頭，所述鉆頭具有在所述第一和第二端之間延伸 的縱軸線，所述鉆頭包括位于所述第一端的工作面、位于所述第二端的擴(kuò)大直徑頭部、外花 鍵、位于所述擴(kuò)大直徑頭部和外花鍵之間且外徑小于所述擴(kuò)大直徑頭部的外徑的桿部以及 位于所述工作面和所述外花鍵之間的保持部，所述保持部的外表面形成第一保持面；提供 鉆機(jī)組件，所述鉆機(jī)組件包括殼體、具有內(nèi)花鍵的夾盤、內(nèi)徑大于所述鉆頭桿部的外徑但小 于所述鉆頭擴(kuò)大直徑頭部的外徑的開(kāi)口環(huán)以及連接至所述殼體的保持套管，所述保持套管 的內(nèi)表面形成第二保持面；在所述第一和第二保持面其中之一提供軸向延伸的進(jìn)入槽、軸 向延伸的保持槽和圓周向延伸的橫向槽，所述進(jìn)入槽具有至少一個(gè)開(kāi)放端，所述軸向延伸 的保持槽具有至少一個(gè)封閉端，所述橫向槽連通所述進(jìn)入槽與所述保持槽；以及在所述第 一和第二保持面其中另一上提供突起。所述方法還包括耦接所述鉆頭和鉆機(jī)組件，讓所述開(kāi)口環(huán)套在所述桿部的一部分 上以利用所述開(kāi)口環(huán)與所述擴(kuò)大直徑頭部的抵靠來(lái)阻止所述鉆頭從所述鉆頭組件沿軸向 移除，所述夾盤環(huán)繞所述外花鍵的一部分以使所述外花鍵與所述內(nèi)花鍵嚙合用以從所述鉆 機(jī)組件傳遞扭矩至所述鉆頭，并通過(guò)所述突起經(jīng)由所述開(kāi)口端的軸向移動(dòng)讓所述突起容納 在所述進(jìn)入槽；通過(guò)將所述突起與橫向槽軸向?qū)R并使所述鉆頭和保持套管相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以 將所述突起從所述進(jìn)入槽移動(dòng)至所述保持槽；操作孔里的潛孔鉆機(jī)，讓所述突起位于所述 保持槽，使得所述突起和保持槽之間實(shí)質(zhì)上不傳遞軸向載荷和扭矩載荷。另外，所述方法包括，在潛孔鉆機(jī)在所述孔里的操作期間，所述鉆頭在所述桿部斷 裂，使得所述開(kāi)口環(huán)不阻止所述鉆頭的第一端離開(kāi)所述鉆機(jī)組件的軸向移動(dòng)；升起所述鉆 機(jī)組件使之從所述孔里出來(lái)；以及在所述鉆機(jī)組件升起的同時(shí)，使所述突起和所述保持槽 的封閉端抵靠在一起以將所述鉆頭的第一端隨所述鉆機(jī)組件一起升起離開(kāi)所述孔。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明可提供一種地鉆機(jī)組件的夾盤組件，所述鉆機(jī)組件包括 具有中軸線的殼體以及地鉆鉆頭。所述夾盤組件可大致包括夾盤，可連接至所述殼體并可 操作以支撐所述地鉆鉆頭，所述夾盤具有外表面，其上設(shè)有徑向向外延伸的夾盤脊部；以 及環(huán)形套管，可定位在所述夾盤上，所述套管具有內(nèi)表面，其上設(shè)有徑向向內(nèi)延伸的套管脊 部，所述套管脊部可與所述夾盤脊部配合以限制所述套管相對(duì)于所述夾盤的軸向移動(dòng)。所 述夾盤和套管其中之一設(shè)有軸向延伸的槽，所述夾盤和套管其中另一具有突起，所述突起 可定位在所述槽中以限制所述套管和夾盤之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在一些構(gòu)造中，所述突起具有一個(gè)寬度，所述槽的尺寸設(shè)計(jì)成緊密適配所述突起的寬度。所述夾盤可在所述夾盤脊部中形成軸向延伸的槽，所述套管可支撐所述突起于其 內(nèi)表面上。 在一些構(gòu)造中，所述夾盤在所述夾盤脊部形成多個(gè)軸向延伸的槽，所述多個(gè)軸向 延伸的槽在所述夾盤的圓周上間隔，其中所述套管支撐多個(gè)突起于其內(nèi)表面上，所述多個(gè) 突起在所述套管的內(nèi)表面的圓周上間隔并在位置上對(duì)應(yīng)所述多個(gè)軸向延伸的槽，每個(gè)突起 可定位于相對(duì)應(yīng)的其中一個(gè)軸向延伸的槽中。在一個(gè)構(gòu)造中，所述夾盤形成四個(gè)軸向延伸 的槽，所述套管支撐四個(gè)突起。在一些構(gòu)造中，所述夾盤組件可進(jìn)一步包括鉆頭保持組件，至少部分地由所述套 管提供。所述鉆頭保持組件包括軸向保持槽和保持突起其中之一，所述軸向保持槽由所述 套管形成并可與支撐在鉆頭上的保持突起配合，保持突起由所述套管支撐并可與設(shè)在鉆頭 上的軸向保持槽配合，保持槽具有軸向延伸且設(shè)有開(kāi)口的側(cè)壁和軸向端壁，所述保持突起 可經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口而定位于所述保持槽中，所述保持突起可與所述端壁抵接以限制所 述鉆頭從所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可進(jìn)一步提供一種用于地鉆機(jī)組件的組件，所述鉆機(jī) 組件包括具有中軸線的殼體。所述組件可大致包括鉆頭，具有大致呈圓柱形的頭部；夾盤， 可連接至所述殼體并可操作以支撐所述鉆頭，所述夾盤具有外表面，其上設(shè)有徑向向外延 伸的夾盤脊部；套管，具有內(nèi)表面，其上設(shè)有徑向向內(nèi)延伸的套管脊部，所述套管脊部可與 所述夾盤脊部配合以限制所述套管相對(duì)于所述夾盤的軸向移動(dòng)；所述夾盤和套管其中之一 設(shè)有軸向延伸的第一槽，所述夾盤和套管其中另一具有第一突起，所述第一突起可定位在 所述第一槽中以限制所述套管和夾盤之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；以及保持組件，設(shè)在所述套管和鉆 頭之間。所述保持組件可包括軸向保持槽，由所述套管和鉆頭其中之一形成，所述保持槽具 有軸向延伸且形成開(kāi)口的側(cè)壁和軸向端壁；以及保持突起，由所述套管和鉆頭的其中另一 支撐，所述保持突起可經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口而定位于所述保持槽中，所述保持突起可與所 述端壁抵接以限制所述鉆頭從所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。在一些構(gòu)造中，所述夾盤在夾盤脊部形成軸向延伸的第一槽，所述套管支撐所述 第一突起于其內(nèi)表面上。在一些構(gòu)造中，所述鉆頭形成保持槽，所述套管支撐所述保持突 起。所述第一突起可在圓周方向上與所述保持突起間隔至少約30度，一般約45度。所述 第一突起在軸向上與所述保持突起間隔開(kāi)。在一些構(gòu)造中，所述夾盤可在所述夾盤脊部形成多個(gè)軸向延伸的第一槽，所述多 個(gè)軸向延伸的第一槽在所述夾盤的圓周上間隔，所述套管支撐多個(gè)第一突起于其內(nèi)表面 上，所述多個(gè)第一突起在所述套管的內(nèi)表面的圓周上間隔并在位置上對(duì)應(yīng)所述多個(gè)軸向延 伸的第一槽，每個(gè)第一突起可定位于相對(duì)應(yīng)的其中一個(gè)軸向延伸的第一槽中。在一些構(gòu)造 中，所述鉆頭形成多個(gè)軸向延伸的保持槽，所述多個(gè)軸向延伸的保持槽在所述鉆頭的圓周 上間隔，其中所述套管支撐多個(gè)保持突起于其內(nèi)表面上，所述多個(gè)保持突起在所述套管的 內(nèi)表面的圓周上間隔并在位置上對(duì)應(yīng)所述多個(gè)軸向延伸的保持槽，每個(gè)保持突起可定位于 相對(duì)應(yīng)的其中一個(gè)軸向延伸的保持槽中。在一個(gè)構(gòu)造中，所述夾盤在夾盤脊部上形成四個(gè)軸向延伸的第一槽，套管支撐四 個(gè)第一突起。在一個(gè)構(gòu)造中，所述鉆頭形成四個(gè)軸向延伸的保持槽，所述套管支撐四個(gè)保持突起。所述第一突起和保持突起偏離約45度。在一些構(gòu)造中，所述保持突起可在定位于所述保持槽之前穿過(guò)所述第一槽。所述 保持組件可進(jìn)一步包括所述鉆頭形成的進(jìn)入槽，所述進(jìn)入槽與所述第一槽連通，所述保持 突起穿過(guò)所述第一槽而進(jìn)入所述進(jìn)入槽。所述保持組件也可進(jìn)一步包括橫向槽，所述橫向 槽連通所述進(jìn)入槽與所述保持槽，所述橫向槽沿所述鉆頭至少局部的圓周方向延伸，所述 橫向槽通過(guò)所述保持槽的側(cè)壁的開(kāi)口與所述保持槽連通，所述保持突起可從所述進(jìn)入槽移 動(dòng)進(jìn)入所述橫向槽并經(jīng)由所述橫向槽進(jìn)入所述保持槽。 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種保持地鉆機(jī)組件的鉆頭的方法，所述鉆機(jī)組 件包括具有中軸線的殼體、鉆頭、夾盤、套管、保持組件，所述鉆頭具有大致呈圓柱形的頭 部，所述夾盤具有外表面，其上設(shè)有徑向向外延伸的夾盤脊部，軸向延伸的第一槽設(shè)在所述 脊部上，所述套管具有內(nèi)表面，其上支撐徑向向內(nèi)延伸的套管脊部和第一突起，所述保持組 件包括軸向保持槽和保持突起，所述保持槽由所述套管和鉆頭其中之一形成，所述保持槽 具有軸向延伸且形成開(kāi)口的側(cè)壁和軸向端壁，所述保持突起由所述套管和鉆頭的其中另一 支撐，所述方法大大致包括下列步驟連接所述鉆頭至所述夾盤；定位所述套管于所述夾 盤上，所述夾盤可連接至所述殼體；連接所述保持組件，包括經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口將所述保 持突起定位于所述保持槽中，所述保持突起可與所述端壁抵接以限制所述鉆頭自所述套管 遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)；以及所述第一突起與所述第一槽配合以限制所述套管與夾盤之 間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)閱讀以下的詳細(xì)說(shuō)明、權(quán)利要求以及附圖，本發(fā)明的一個(gè)或更多獨(dú)立的方面 將會(huì)變得更加明顯。


圖1是鉆機(jī)組件的一部分的立體圖，鉆機(jī)組件包括夾盤組件和保持組件。圖IA是鉆機(jī)組件的一部分的另一構(gòu)造的立體圖，鉆機(jī)組件包括夾盤組件和保持 組件。圖2是圖1的鉆機(jī)組件的部分的立體分解圖。圖3是圖1的鉆機(jī)組件的部分的剖面立體圖，還顯示了其它元件。圖4是圖1的鉆機(jī)組件的部分的立體圖，套管顯示成虛線。圖5是圖4的鉆機(jī)組件的部分的側(cè)視圖，顯示保持突起配合于槽中。圖6是側(cè)視圖，類似于圖5，顯示保持突起位于保持槽中。圖7是側(cè)視圖，類似于圖5，顯示鉆機(jī)組件在操作狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)突起在夾盤槽中的 配合以及保持突起在保持槽中的配合。圖8是側(cè)視圖，類似于圖5，但移除了夾盤，顯示保持突起與保持面抵接以保持鉆 頭的斷裂部。
具體實(shí)施例方式在詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例之前，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不僅限于本申請(qǐng)中下文 或附圖中所描述的詳細(xì)結(jié)構(gòu)或元件排布。本發(fā)明可為其它方式實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例。而且，應(yīng)當(dāng)理解，下文中所使用的措辭及術(shù)語(yǔ)僅僅用作描述用途，不應(yīng)作限定性解釋。下文中所使用的“包括”、“包含”、“具有”等類似措辭意為包含其后所列出之事項(xiàng)、等同 物及其它附加事項(xiàng)。除特別聲明外，“安裝”、“連接”、“支撐”、“耦接”等類似措辭應(yīng)作廣義 解釋，包含直接及間接的安裝、連接、支撐、耦接。此外，“連接”及“耦接”不限于物理的或機(jī) 械的連接或耦接。圖1描繪了潛孔鉆機(jī)組件10的部分元件。為了簡(jiǎn)單和保持一致，術(shù)語(yǔ)“軸向”是 指沿或平行于圖示的鉆機(jī)組件10的中軸線14的方向。以下討論的鉆機(jī)組件10的元件大 致呈環(huán)形或圓柱形的，因此，都具有內(nèi)表面和外表面。術(shù)語(yǔ)“內(nèi)表面”是指面向中軸線14或 基本上是朝向鉆機(jī)組件10內(nèi)側(cè)的那個(gè)面，而術(shù)語(yǔ)“外表面”是指背離中軸線14或基本上是 背離鉆機(jī)組件10的內(nèi)側(cè)的那個(gè)面。所有元件也都具有第一和第二端，基于所示的這種構(gòu)造 的習(xí)慣，相對(duì)于鉆機(jī)組件10的通常操作方向(這種方向描繪于圖4)，這些端將被稱為“頂” 和“底”端。而且，例如“上”、“升高”和“下”等術(shù)語(yǔ)描述了鉆機(jī)組件10在通常操作方向上 的相對(duì)位置。鉆機(jī)組件10可同時(shí)具有旋轉(zhuǎn)和沖擊方面的鉆孔操作，或者可以僅實(shí)施為不設(shè)置 旋轉(zhuǎn)元件的純粹向下打孔(down-the-hole，DTH)鉆機(jī)構(gòu)造。鉆機(jī)組件10可使用實(shí)質(zhì)上任 何鉆頭，包括標(biāo)準(zhǔn)鉆頭、刮刀鉆頭、旋轉(zhuǎn)鉆頭或適合于或適于沖擊載荷的其它切割面。在所示的構(gòu)造中，鉆機(jī)組件10大致包括殼體18 (描繪與圖3)、夾盤22、鉆頭26和 保持組件30。該保持組件30可保持和退出鉆頭26的斷裂部。殼體18形成有中孔34(圖 3)，用于導(dǎo)引活塞機(jī)構(gòu)(圖未示)?；钊麢C(jī)構(gòu)可為可用于鉆機(jī)組件的任何類型的活塞機(jī)構(gòu)，例如，可以是類似于公布于2008年4月3日的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第2008/0078584號(hào)和于 2009年2月11日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)第12/369，579號(hào)中所示的活塞機(jī)構(gòu)。這些專利申請(qǐng) 的全部?jī)?nèi)容以引用的方式結(jié)合于本案中。殼體18具有底端面38，在靠近底端的地方設(shè)有內(nèi)螺紋42。如圖1-3所示，夾盤22 具有外螺紋46，外螺紋46與內(nèi)螺紋42嚙合以將夾盤22連接至殼體18。夾盤22設(shè)有(圖2)夾盤孔50和從上端58延伸的內(nèi)花鍵54。夾盤22的外表面 上設(shè)有外肩部66。在外肩部66和底端74之間軸向延伸有多個(gè)槽70 (在所示的構(gòu)造中有四 個(gè))。鉆頭26大致包括提供鐵砧(anvil)的桿部78、設(shè)有外花鍵82的中間部以及頭部 86，其中該頭部86具有外工作面，用以承受待鉆孔的巖石或其它材料。鉆頭桿部78形成環(huán) 槽90，該環(huán)槽90提供面對(duì)面的阻擋面94。當(dāng)鉆頭組裝至夾盤22時(shí)，開(kāi)口環(huán)98 (圖3)固定 在環(huán)槽90中以將鉆頭26連接至夾盤22以進(jìn)行鉆孔操作。在所示的構(gòu)造中，鉆頭26—體成型，包括上述桿部78、中間部和頭部86。在其它 構(gòu)造中(圖未示)，鉆頭26可以做成一個(gè)鉆頭保持器，具有適合的連接裝置用以容納旋轉(zhuǎn)鉆 頭(例如，三牙輪)或其它用于巖石鉆孔的適合工件。如圖2和4-8所示，保持組件30大致包括保持套管106以及相互配合的突起110 和槽114構(gòu)造。套管106具有內(nèi)壁118，定義一個(gè)中孔122。在所示的構(gòu)造中，套管106的 內(nèi)壁118加工成具有四個(gè)突起110，且鉆頭頭部86的外表面具有四個(gè)對(duì)應(yīng)的槽114。如下 面更加詳細(xì)的描述，每個(gè)突起110可與一個(gè)對(duì)應(yīng)的槽114配合。在所示的構(gòu)造中，突起110 和槽114分別在套管106和鉆頭頭部86的圓周上等距間隔。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以設(shè)置少于或多于四個(gè)的突起110和槽114。而且，在其它構(gòu)造(圖未示)中，突起Iio可設(shè)置在鉆頭頭部86上，而槽114設(shè)置在套管106上。另外，對(duì)應(yīng) 數(shù)目的突起110和槽114可形成于鉆頭頭部86和其他結(jié)構(gòu)(例如，套管106)上。此外， 在其它構(gòu)造(圖未示)中，可以不設(shè)置套管106，而突起110和槽114可設(shè)置在其它結(jié)構(gòu)上 (例如，在夾盤22的一部分上)。應(yīng)當(dāng)理解的是，突起110可與支撐結(jié)構(gòu)獨(dú)立設(shè)置并可連接(例如，通過(guò)焊接)至支 撐機(jī)構(gòu)(例如，至套管106或至鉆頭頭部86)。而且，在其它構(gòu)造(圖未示)中，突起110和 槽114可以分別在套管106和鉆頭頭部86的圓周上不均勻間隔和/或沿套管106和鉆頭 頭部86的軸線錯(cuò)列設(shè)置，使得突起110和槽114只能在鉆頭頭部86轉(zhuǎn)到相對(duì)于套管106 的有限數(shù)目(例如，一個(gè))的旋轉(zhuǎn)位置才配合。
套管106還包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)突起130和內(nèi)肩部138。在所示的構(gòu)造中，套管 106的內(nèi)壁118也加工成具有四個(gè)驅(qū)動(dòng)突起130，且?jiàn)A盤22設(shè)有四個(gè)對(duì)應(yīng)的槽70。如下面 更加詳細(xì)的描述，每個(gè)突起130可與對(duì)應(yīng)的槽70結(jié)合，且內(nèi)肩部138可與外肩部66結(jié)合。 在所示的構(gòu)造中，突起130沿套管106的圓周等距間隔，而槽70沿夾盤22的圓周等距間隔。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以設(shè)置少于或多于四個(gè)的突起130和槽70。而且，在其它構(gòu)造 (圖未示)中，突起130可設(shè)置在夾盤22上，而槽70設(shè)置在套管106上。另外，對(duì)應(yīng)數(shù)目的 突起130和槽70可形成于夾盤22和其他結(jié)構(gòu)(例如，套管106)的每一個(gè)上。此外，在其 它構(gòu)造(圖未示)中，可以不設(shè)置套管106，而突起130和槽70可設(shè)置在其它結(jié)構(gòu)上。應(yīng)當(dāng)理解的是，突起130可與支撐結(jié)構(gòu)獨(dú)立設(shè)置并可連接(例如，通過(guò)焊接)至支 撐機(jī)構(gòu)(例如，至套管106或至夾盤22)。而且，在其它構(gòu)造(圖未示)中，突起130和槽 70可以分別在套管106和夾盤22的圓周上不均勻間隔和/或在套管106和夾盤22的軸線 上錯(cuò)列設(shè)置，使得突起130和槽70只能在夾盤22轉(zhuǎn)到相對(duì)于套管106的有限數(shù)目(例如， 一個(gè))的旋轉(zhuǎn)位置才結(jié)合。在所示的構(gòu)造中，每個(gè)槽114具有幾個(gè)槽部，包括軸向保持槽142、橫向槽146和進(jìn) 入槽150。保持槽142具有至少一個(gè)封閉端以防止突起110從保持槽142的該封閉端移動(dòng)。 如圖5-8所示，保持槽142具有相對(duì)的側(cè)壁154和158，以及相對(duì)的端壁162和166。其中 一個(gè)側(cè)壁(例如，側(cè)壁154)形成一個(gè)開(kāi)口 170。其中一個(gè)端壁(例如，上端壁162)提供至 少一個(gè)保持端壁，可與突起110的表面抵接以防止突起110從保持槽的142的該保持端移 動(dòng)。橫向槽146通過(guò)側(cè)壁154的開(kāi)口 170而與保持槽142連通。進(jìn)入槽150具有至少 一個(gè)開(kāi)口端，以允許突起110進(jìn)入或移出該進(jìn)入槽150的至少該開(kāi)口端。進(jìn)入槽150具有 進(jìn)入端口或開(kāi)放軸向端174，提供該至少一個(gè)開(kāi)口端。進(jìn)入槽150在靠近其封閉軸向端178 的位置與橫向槽146連通。在所示的構(gòu)造中，每個(gè)槽114基本上呈翻轉(zhuǎn)“4”的形狀。在其它構(gòu)造(圖未示)中，每個(gè)槽114可包括更少或更多的槽部。例如，每個(gè)槽114 可僅包括一個(gè)保持槽142，該保持槽142具有開(kāi)口 170以讓突起110進(jìn)入保持槽142。在其 它構(gòu)造(圖未示)中，每個(gè)槽114可呈“J”形。組裝時(shí)，鉆頭桿部78插入該夾盤孔50中，花鍵54和82結(jié)合或嚙合，使得扭矩可從 夾盤22傳遞至鉆頭26。開(kāi)口環(huán)98固定在環(huán)槽90內(nèi)，以將鉆頭26連接至夾盤22。對(duì)于正 常操作，鉆頭26與夾盤22之間提供軸向移動(dòng)而花鍵54和82保持扭矩傳遞結(jié)合狀態(tài)。開(kāi) 口環(huán)98與相對(duì)的阻擋面94的抵接以對(duì)這種軸向移動(dòng)進(jìn)行限位。
在鉆頭26和夾盤22連接之后(或之前)，套管106軸向向下移動(dòng)至夾盤22的上 端58。每個(gè)突起110軸向穿過(guò)夾盤22的外表面的對(duì)應(yīng)的槽70。套管106上的內(nèi)肩部138 與夾盤22上的外肩部66的抵接防止套管106相對(duì)于夾盤22進(jìn)一步向下的軸向移動(dòng)。連接保持組件30時(shí)，隨著鉆頭26和套管106彼此相對(duì)軸向移動(dòng)(如圖5所示)， 每個(gè)突起110進(jìn)入對(duì)應(yīng)的槽114的進(jìn)入槽150的開(kāi)放軸向端174，并向封閉軸向端178移 動(dòng)。當(dāng)突起110靠近封閉端178時(shí)，鉆頭26和套管106相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或發(fā)生角移位，以使突起 110進(jìn)入橫向槽146。繼續(xù)這種相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至突起110穿過(guò)開(kāi)口 170進(jìn)入保持槽142(如 圖6所示)。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)位置，每個(gè)突起130與對(duì)應(yīng)的槽70軸向?qū)R。在所示的構(gòu)造中，套 管106相對(duì)于鉆頭26的轉(zhuǎn)動(dòng)是沿著鉆機(jī)組件10的正常轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行的。一旦突起110全部位于保持槽142，鉆頭26可相對(duì)于套管106和夾盤22軸向移動(dòng) (如圖6-8所示)。為了限制套管106與夾盤22之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)突起130與對(duì)應(yīng)的 槽70配合。在夾盤22、鉆頭26和保持組件30組裝之后，這個(gè)單元通過(guò)將夾盤螺紋46旋入殼 體螺紋42的方式被連接至殼體18 (如圖3所示)。殼體18的底端面38與套管106的頂端 面126抵接以將套管106夾住不動(dòng)。以下將部分參考圖6-8闡述鉆機(jī)組件10的操作。當(dāng)鉆頭頭部86沒(méi)有被推向巖石 而鉆頭26僅受到重力作用時(shí)，鉆頭26向下延伸并降至最低點(diǎn)，而上阻擋面94靠在開(kāi)口環(huán) 98的頂部。在鉆機(jī)組件10的這種待機(jī)狀態(tài)下，突起110大致位于保持槽142內(nèi)如圖6所示 的位置，而突起110在軸向上偏離開(kāi)口 170。因此，可以防止突起110意外從開(kāi)口 170脫離 保持槽142。參考圖7，當(dāng)鉆頭頭部86與巖石接觸，鉆頭26被向上推并升到最高點(diǎn)，而下阻擋面 94抵靠開(kāi)口環(huán)98的底部，鉆頭頭部86的頂部承靠夾盤22的底端74。在鉆機(jī)組件10的這 種操作狀態(tài)下，突起110基本上位于保持槽142內(nèi)如圖7所示的位置。在操作時(shí)，鉆機(jī)組件10具有旋轉(zhuǎn)元件(至少用以改變鉆頭26上的齒與孔底部的 嚙合)以及沖擊元件。鉆頭26上的活塞機(jī)構(gòu)的活塞(圖未示)的沖擊傳遞至巖石或其他 待鉆的材料，鉆頭26在夾盤22中軸向移動(dòng)。如果在鉆孔操作中鉆頭26失效，失效通常發(fā)生在開(kāi)口環(huán)98位置、花鍵82位置或 在中間部與鉆頭頭部86之間的位置桿部78上。發(fā)生了這種失效之后，(如圖8)鉆頭26的 斷裂部182不再被環(huán)槽90與花鍵98的嚙合所支撐而向下脫落。然而，通過(guò)與保持組件30 的配合，斷裂部182被保持與鉆機(jī)組件10在一起，從而可以從孔中退出來(lái)。如圖8所示，突起110的頂面與保持槽142的上端壁162提供的保持面抵接，從而 防止斷裂部182進(jìn)一步向下移動(dòng)和與鉆機(jī)組件10斷開(kāi)連接。在這個(gè)位置，突起110被保持 于保持槽142的上部，從而當(dāng)鉆機(jī)組件10從孔中退出來(lái)時(shí)防止斷裂部脫落。在鉆機(jī)組件10操作完成之后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)套管106有利于將家盤22從殼體18中移 除。因?yàn)槊總€(gè)驅(qū)動(dòng)突起130與對(duì)應(yīng)的槽70結(jié)合，套管106的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致夾盤22旋轉(zhuǎn)，以將夾 盤螺紋46從殼體螺紋42中擰開(kāi)。驅(qū)動(dòng)突起130與槽70的結(jié)合在套管106與夾盤22之間 提供了一種驅(qū)動(dòng)構(gòu)造。當(dāng)鉆頭26失效時(shí)，這種驅(qū)動(dòng)構(gòu)造可能特別有用，因?yàn)殂@頭26的斷裂 部182不與夾盤22在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上連接。然而，對(duì)于沒(méi)有出現(xiàn)鉆頭失效時(shí)的夾盤22移除和 /或在操作之前將該單元連接至殼體18，這種驅(qū)動(dòng)構(gòu)造也可以是有用的。
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如圖4所示，每個(gè)突起110具有軸向高度凡。在所示的構(gòu)造中，橫向槽146具有軸 向高度HT，其緊密適配突起110的高度以降低突起110可能意外(例如，在鉆機(jī)組件10的 正常操作期間)沿圓周方向從保持槽142(脫離)經(jīng)開(kāi)口 172進(jìn)入橫向槽146的可能性。橫 向槽146的高度HT可以是高于突起110的高度凡約5%至約50%，在所示的構(gòu)造中是大約 高20%。開(kāi)口 170可與橫向槽146具有相同的軸向高度。開(kāi)口 170也可以是呈近似方形以 進(jìn)一步防止突起110從保持槽142的意外脫離。在其它構(gòu)造(圖未示)中，開(kāi)口 170可具有比橫向槽146小的軸向高度。橫向槽 146的高度可以是從進(jìn)入槽150至保持槽142逐漸變窄。突起110和保持槽142的尺寸和/或在支撐元件上(例如在套管106和鉆頭26 上)的位置設(shè)計(jì)成使得突起110和保持槽142在操作過(guò)程中不支撐和/或驅(qū)動(dòng)鉆頭26。此 種構(gòu)造保證了對(duì)鉆頭26的合適驅(qū)動(dòng)和/或支撐，同時(shí)可防止對(duì)突起110、槽114和/或支撐 結(jié)構(gòu)(鉆頭頭部86和套管106)的磨損和/或損害。 保持槽142具有軸向高度Hk，其高于突起的高度凡和鉆頭26在鉆孔操作過(guò)程中的 總軸向位移(由阻擋面94和開(kāi)口環(huán)98定義)的總和。如圖6所示，當(dāng)鉆頭26沒(méi)有與巖石 抵觸時(shí)，突起110的上表面將不會(huì)與上端壁162抵接。如圖7所示，當(dāng)鉆頭頭部86與巖石 抵觸時(shí)，突起110的下表面將不會(huì)與下端壁166抵接。當(dāng)鉆頭26斷裂的時(shí)候，突起110將 僅與保持槽142抵接(上端壁162的保持面)。每個(gè)突起110具有圓周向?qū)挾菼。在所示的構(gòu)造中，保持槽142的圓周向?qū)挾萕K 更長(zhǎng)，使得在鉆機(jī)組件10的正常操作過(guò)程中突起110將不會(huì)與側(cè)壁154和158抵觸(例如， 由于花鍵54和58內(nèi)的間隙)寬度WK至少比突起110的寬度\和鉆頭頭部86相對(duì)于套管 106在每個(gè)方向上的最大圓周向位移的總和要大。進(jìn)入槽146的圓周向?qū)挾纫部梢源笥谕?起110的寬度WJ如圖所示)，以允許輕易組裝，或更緊密地適配突起110的圓周向?qū)挾菼。在所示的構(gòu)造中，每個(gè)突起130的尺寸設(shè)計(jì)成用以緊密適配于槽70內(nèi)。而且，每 個(gè)突起130的高度基本上提供與槽70足夠的配合以利于夾盤22移除。在另一個(gè)替代性構(gòu)造中，例如，如圖1A所示，鍵槽130A和62可分別設(shè)置在套管 106和夾盤22上。鍵或銷180可定為在槽130A和62中以限制套管106與夾盤22之間的 相對(duì)旋轉(zhuǎn)。突起108與槽70的驅(qū)動(dòng)構(gòu)造可用于鉆頭保持器的其它構(gòu)造或不設(shè)置鉆頭保持 器的夾盤組件中。不設(shè)置鉆頭保持器的夾盤組件，例如，如美國(guó)專利第5，647，447號(hào)和 4，706，764號(hào)中所示，這些專利的內(nèi)容以引用的方式結(jié)合于本案中。本鉆機(jī)組件10和保持組件30的一個(gè)獨(dú)立優(yōu)點(diǎn)可為提供保持和抽回鉆頭26的破 壞部182的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單和/或低成本地制造、組裝和/或操作。這種結(jié)構(gòu)可具 有改進(jìn)的操作可靠性。突起130和槽70的一個(gè)獨(dú)立優(yōu)點(diǎn)可為提供從殼體18中更容易地移 除夾盤22的方式。因此，作為諸多方面之一，本發(fā)明提供地鉆組件的夾盤組件。本發(fā)明也提供了用于 地鉆組件的一個(gè)組件。另外，本發(fā)明提供了一種保持地鉆組件的鉆頭的方法。本發(fā)明的各 種獨(dú)立的特點(diǎn)和獨(dú)立的優(yōu)點(diǎn)展示于前述權(quán)利要求中。
1權(quán)利要求
一種保持裝置，用于保持地鉆機(jī)組件的鉆頭，所述鉆機(jī)組件包括具有中軸線的殼體，所述鉆頭具有大致呈圓柱形的頭部，所述保持裝置包括環(huán)形套管，可連接至所述殼體；以及保持組件，設(shè)置在所述套管和所述鉆頭之間，所述保持組件包括突起，支撐在所述套管和鉆頭其中之一上，以及槽結(jié)構(gòu)，由所述套管和鉆頭其中之一形成，所述槽結(jié)構(gòu)包括軸向槽，具有軸向延伸且形成有開(kāi)口的側(cè)壁以及軸向端壁；橫向槽，沿所述套管和鉆頭的所述其中之一至少局部的圓周方向延伸，所述橫向槽通過(guò)所述軸向槽的側(cè)壁的開(kāi)口與所述軸向槽連通；以及軸向進(jìn)入槽，具有開(kāi)放軸向端和與所述開(kāi)放軸向端相對(duì)的封閉軸向端，所述突起可經(jīng)由所述開(kāi)放軸向端而沿軸向配合于所述進(jìn)入槽，所述橫向槽連通所述進(jìn)入槽和所述軸向槽，所述橫向槽在靠近所述封閉軸向端的位置與所述進(jìn)入槽連通；其中，所述突起可移動(dòng)進(jìn)入所述進(jìn)入槽的開(kāi)放軸向端并移動(dòng)至所述封閉軸向端，所述突起可然后移動(dòng)進(jìn)入所述橫向槽并經(jīng)由所述橫向槽進(jìn)入所述軸向槽，所述突起可經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口而被定位于所述軸向槽，所述突起可與所述端壁抵接以限制鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中所述鉆頭的頭部具有外圓周面，所述槽結(jié)構(gòu)形 成在所述外圓周面上，所述突起被所述套管支撐。
3.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中所述突起與所述套管和鉆頭的其中另一一體成型。
4.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中所述保持組件包括第一槽結(jié)構(gòu)，由所述套管和鉆頭其中之一形成，所述第一槽結(jié)構(gòu)包括第一軸向槽、第一 橫向槽和第一軸向進(jìn)入槽，所述第一軸向槽具有形成開(kāi)口且軸向延伸的側(cè)壁和軸向端壁， 所述第一橫向槽沿所述套管和鉆頭的所述其中之一至少局部的圓周方向延伸，所述第一橫 向槽通過(guò)所述第一軸向槽的側(cè)壁的開(kāi)口與所述第一軸向槽連通；第一突起，支撐在所述套管和鉆頭的其中另一上，所述第一突起可經(jīng)由所述第一軸向 槽的側(cè)壁的開(kāi)口而被定位于所述第一軸向槽，所述第一突起可與所述第一軸向槽的端壁抵 接以限制所述鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)；第二槽結(jié)構(gòu)，由所述套管和鉆頭其中之一形成，所述第二槽結(jié)構(gòu)包括第二軸向槽、第二 橫向槽和第二軸向進(jìn)入槽，所述第二軸向槽具有形成開(kāi)口且軸向延伸的側(cè)壁和軸向端壁， 所述第二橫向槽沿所述套管和鉆頭的所述其中之一至少局部的圓周方向延伸，所述第二橫 向槽通過(guò)所述第二軸向槽的側(cè)壁的開(kāi)口與所述第二軸向槽連通；以及第二突起，支撐在所述套管和鉆頭的其中另一上，所述第二突起可經(jīng)由所述第二軸向 槽的側(cè)壁的開(kāi)口而被定位于所述第二軸向槽，所述第二突起可與所述第二軸向槽的端壁抵 接以限制所述鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的保持裝置，其中所述鉆頭的頭部具有外圓周面，所述第一槽結(jié) 構(gòu)和第二槽結(jié)構(gòu)形成在所述外圓周面上，所述第一突起和第二突起被所述套 管支撐。
6.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中所述保持組件包括多個(gè)槽結(jié)構(gòu)，由所述套管和鉆頭其中之一形成，每個(gè)所述槽結(jié)構(gòu)包括軸向槽、橫向槽和軸向進(jìn)入槽，所述軸向槽具有形成開(kāi)口的軸向延伸側(cè)壁和軸向端壁，所述橫向槽沿所述套 管和鉆頭的所述其中之一至少局部的圓周方向延伸，所述橫向槽通過(guò)所述軸向槽的側(cè)壁的 開(kāi)口與所述軸向槽連通；以及對(duì)應(yīng)的多個(gè)突起，支撐在所述套管和鉆頭的其中另一上，每個(gè)所述突起可經(jīng)由對(duì)應(yīng)的 軸向槽的側(cè)壁的開(kāi)口而被定位于所述對(duì)應(yīng)的軸向槽，每個(gè)所述突起可與對(duì)應(yīng)的軸向槽的端 壁抵接以限制所述鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的保持裝置，其中所述保持組件包括四個(gè)槽和四個(gè)突起。
8.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中所述軸向槽具有與第一次提到的端壁相對(duì)的軸 向第二端壁，所述側(cè)壁的開(kāi)口位于所述第一次提到的端壁和所述第二端壁之間。
9.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中所述突起具有軸向高度，所述第一次提到的側(cè) 壁的開(kāi)口的尺寸設(shè)計(jì)成緊密適配所述突起的軸向高度。
10.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中，在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第一 操作位置和第二操作位置之間移動(dòng)一個(gè)軸向距離，所述突起具有軸向高度，所述槽具有軸 向長(zhǎng)度，所述軸向長(zhǎng)度大于所述軸向距離和所述突起的軸向高度的總和。
11.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中，在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第一 操作位置和第二操作位置之間移動(dòng)一個(gè)圓周向距離，所述突起具有圓周向?qū)挾?，所述槽?有圓周向?qū)挾龋霾鄣膱A周向?qū)挾却笥谒鰣A周向距離和所述突起的圓周向?qū)挾鹊目?禾口。
12.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中，在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第一 操作位置和第二操作位置之間軸向移動(dòng)，所述槽和所述突起的尺寸設(shè)計(jì)成使得，在所述鉆 頭的軸向位置在軸向上超出所述第一操作位置和所述第二操作位置時(shí)，所述突起可與所述 槽的端壁抵接。
13.如權(quán)利要求1所述的保持裝置，其中，在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第一 操作位置和第二操作位置之間沿圓周方向移動(dòng)，所述槽具有與所述第一次提到的側(cè)壁相對(duì) 的第二側(cè)壁，所述槽和所述突起的尺寸設(shè)計(jì)成使得，在所述鉆頭的圓周向位置在圓周方向 上超出所述第一操作位置時(shí)，所述突起可與所述槽的第一次提到的側(cè)壁抵接，在所述鉆頭 的圓周向位置在圓周向上超出所述第二操作位置時(shí)，所述突起可與所述槽的第二側(cè)壁抵 接。
14.一種地鉆機(jī)組件包括殼體，具有中軸線；鉆頭，具有大致呈圓柱形的頭部和連接至所述頭部的桿部；夾盤，連接至所述殼體，所述夾盤連接至所述鉆頭的桿部；以及保持裝置，包括環(huán)形套管，可連接至所述夾盤；以及保持組件，設(shè)置在所述套管和所述鉆頭之間，所述保持組件包括突起，支撐在所述套管和鉆頭其中之一上，以及槽結(jié)構(gòu)，由所述套管和鉆頭其中之一形 成，所述槽結(jié)構(gòu)包括軸向槽，具有形成有開(kāi)口的軸向延伸側(cè)壁和軸向端壁；橫向槽，沿所述套管和鉆頭的所述其中之一至少局部的圓周方向延伸，所述橫向槽通過(guò)所述軸向槽的側(cè)壁的開(kāi)口與所述軸向槽連通；以及軸向進(jìn)入槽，具有開(kāi)放軸向端和與所述開(kāi)放軸向端相對(duì)的封閉軸向端，所述突起可通 過(guò)所述開(kāi)放軸向端而沿軸向配合于所述進(jìn)入槽，所述橫向槽連通所述進(jìn)入槽和所述軸向 槽，所述橫向槽在靠近所述封閉軸向端的位置與所述進(jìn)入槽連通；其中，所述突起可移動(dòng)進(jìn)入所述進(jìn)入槽的開(kāi)放軸向端并移動(dòng)至所述封閉軸向端，所述 突起可然后移動(dòng)進(jìn)入所述橫向槽并經(jīng)由所述橫向槽進(jìn)入所述軸向槽，所述突起可經(jīng)由所述 側(cè)壁的開(kāi)口而被定位于所述軸向槽，所述突起可與所述端壁抵接以限制所述鉆頭自所述套 管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。
15.如權(quán)利要求14所述的地鉆機(jī)組件，其中所述夾盤和所述套管包括相互配合的表面 以將套管軸向保持于所述夾盤上。
16.如權(quán)利要求14所述的地鉆機(jī)組件，其中，在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第 一操作位置和第二操作位置之間移動(dòng)一個(gè)軸向距離，所述突起具有軸向高度，所述槽具有 軸向長(zhǎng)度，所述軸向長(zhǎng)度大于所述軸向距離和所述突起的軸向高度的總和。
17.如權(quán)利要求14所述的地鉆機(jī)組件，其中，在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第 一操作位置和第二操作位置之間移動(dòng)一個(gè)圓周向距離，所述突起具有圓周向?qū)挾龋霾?具有圓周向?qū)挾?，所述槽的圓周向?qū)挾却笥谒鰣A周向距離和所述突起的圓周向?qū)挾鹊目?禾口。
18.如權(quán)利要求14所述的地鉆機(jī)組件，其中，在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第 一操作位置和第二操作位置之間軸向移動(dòng)，所述槽和所述突起的尺寸設(shè)計(jì)成使得，在所述 鉆頭的軸向位置在軸向上超出所述第一操作位置和所述第二操作位置時(shí)，所述突起可與所 述槽的端壁抵接。
19.如權(quán)利要求14所述的地鉆機(jī)組件，其中，在所述鉆機(jī)組件操作期間，所述鉆頭在第 一操作位置和第二操作位置之間沿圓周方向移動(dòng)，所述槽具有與所述第一次提到的側(cè)壁相 對(duì)的第二側(cè)壁，所述槽和所述突起的尺寸設(shè)計(jì)成使得，在所述鉆頭的圓周向位置在圓周方 向上超出所述第一操作位置時(shí)，所述突起可與所述槽的第一次提到的側(cè)壁抵接，在所述鉆 頭的圓周向位置在圓周方向上超出所述第二操作位置時(shí)，所述突起可與所述槽的第二側(cè)壁 抵接。
20.一種保持地鉆機(jī)組件的鉆頭的方法，所述鉆機(jī)組件包括具有中軸線的殼體，所述鉆 頭具有大致呈圓柱形的頭部，所述方法包括(a)連接環(huán)形套管至所述殼體；以及(b)連接設(shè)在所述套管和鉆頭之間的保持組件，所述保持組件包括突起和槽結(jié)構(gòu)，所述 突起支撐在所述套管和鉆頭其中之一上，所述槽結(jié)構(gòu)由所述套管和鉆頭其中之一形成，所 述槽結(jié)構(gòu)包括軸向槽、橫向槽和軸向進(jìn)入槽，所述軸向槽具有軸向延伸的形成有開(kāi)口的側(cè) 壁和軸向端壁，所述橫向槽沿所述套管和鉆頭的所述其中之一至少局部的圓周方向延伸， 所述橫向槽通過(guò)所述軸向槽的側(cè)壁的開(kāi)口與所述軸向槽連通，所述軸向進(jìn)入槽具有開(kāi)放軸 向端和與所述開(kāi)放軸向端相對(duì)的封閉軸向端，所述突起可通過(guò)所述開(kāi)放軸向端而沿軸向配 合于所述進(jìn)入槽，所述橫向槽連通所述進(jìn)入槽和所述軸向槽，所述橫向槽在靠近所述封閉 軸向端的位置與所述進(jìn)入槽連通，所述連接的動(dòng)作包括(i)移動(dòng)所述突起通過(guò)所述進(jìn)入槽的開(kāi)放端，(ii)定位所述突起于靠近所述進(jìn)入槽封閉端的位置以使所述突起與所述橫向槽在軸 向上對(duì)齊，(iii)從所述進(jìn)入槽移動(dòng)所述突起使之通過(guò)所述橫向槽，(iv)經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口定位所述突起于所述軸向槽，以及(ν)使所述突起與所述端壁抵接以限制所述鉆頭從所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。
21.一種操作潛孔鉆機(jī)的方法，所述方法包括下列步驟(a)提供具有第一和第二相對(duì)端的鉆頭，所述鉆頭具有在所述第一和第二端之間延伸 的縱軸線，所述鉆頭包括位于所述第一端的工作面、位于所述第二端的擴(kuò)大直徑頭部、外花 鍵、位于所述擴(kuò)大直徑頭部和外花鍵之間且外徑小于所述擴(kuò)大直徑頭部的外徑的桿部以及 位于所述工作面和所述外花鍵之間的保持部，所述保持部的外表面形成第一保持面；(b)提供鉆機(jī)組件，所述鉆機(jī)組件包括殼體、具有內(nèi)花鍵的夾盤、內(nèi)徑大于所述鉆頭桿 部的外徑但小于所述鉆頭擴(kuò)大直徑頭部的外徑的開(kāi)口環(huán)以及連接至所述殼體的保持套管， 所述保持套管的內(nèi)表面形成第二保持面；(b)在所述第一和第二保持面其中之一提供軸線延伸的進(jìn)入槽、軸向延伸的保持槽和 圓周向延伸的橫向槽，所述進(jìn)入槽具有開(kāi)放端和與所述開(kāi)放端相對(duì)的封閉端，所述軸向延 伸的保持槽具有至少一個(gè)封閉端，所述橫向槽連通所述進(jìn)入槽與所述保持槽，所述橫向槽 在靠近所述封閉端的位置與所述進(jìn)入槽連通；(b)在所述第一和第二保持面其中另一上提供突起；(e)耦接所述鉆頭和鉆機(jī)組件，讓所述開(kāi)口環(huán)套在所述桿部的一部分上以利用所述開(kāi) 口環(huán)與所述擴(kuò)大直徑頭部的抵靠來(lái)阻止所述鉆頭從所述鉆頭組件沿軸向移除，所述夾盤環(huán) 繞所述外花鍵的一部分以使所述外花鍵與所述內(nèi)花鍵嚙合用以從所述鉆機(jī)組件傳遞扭矩 至所述鉆頭，并通過(guò)所述突起經(jīng)由所述開(kāi)口端的軸向移動(dòng)讓所述突起容納在所述進(jìn)入槽；(f)通過(guò)將所述突起定位于靠近所述進(jìn)入槽的封閉端以使所述突起與橫向槽軸向?qū)R 并使所述鉆頭和保持套管相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以將所述突起從所述進(jìn)入槽移動(dòng)至所述保持槽；(g)操作孔里的潛孔鉆機(jī)，讓所述突起位于所述保持槽，使得所述突起和保持槽之間實(shí) 質(zhì)上不傳遞軸向載荷和扭矩載荷；(h)在潛孔鉆機(jī)在所述孔里的操作期間，所述鉆頭在所述桿部斷裂，使得所述開(kāi)口環(huán)不 阻止所述鉆頭的第一端離開(kāi)所述鉆機(jī)組件的軸向移動(dòng)；(i)升起所述鉆機(jī)組件使之離開(kāi)所述孔；以及(j)在所述鉆機(jī)組件升起的同時(shí)，使所述突起和所述保持槽的封閉端抵靠在一起以將 所述鉆頭的第一端隨所述鉆機(jī)組件一起升起離開(kāi)所述孔。
22.—種地鉆機(jī)組件的夾盤組件，所述鉆機(jī)組件包括具有中軸線的殼體以及地鉆鉆頭， 所述夾盤組件包括夾盤，可連接至所述殼體并可操作以支撐所述地鉆鉆頭，所述夾盤具有外表面，其上設(shè) 有徑向向外延伸的夾盤脊部；以及環(huán)形套管，可定位在所述夾盤上，所述套管具有內(nèi)表面，其上設(shè)有徑向向內(nèi)延伸的套管 脊部，所述套管脊部可與所述夾盤脊部配合以限制所述套管相對(duì)于所述夾盤的軸向移動(dòng)；所述夾盤和套管其中之一設(shè)有軸向延伸的槽，所述夾盤和套管其中另一具有突起，所述突起可定位在所述槽中以限制所述套管和夾盤之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
23.如權(quán)利要求22所述的夾盤組件，其中所述突起具有一個(gè)寬度，所述槽的尺寸設(shè)計(jì) 成緊密適配所述突起的寬度。
24.如權(quán)利要求22所述的夾盤組件，其中所述夾盤在所述夾盤脊部中形成軸向延伸的 槽，所述套管支撐所述突起于其內(nèi)表面上。
25.如權(quán)利要求24所述的夾盤組件，其中所述夾盤在所述夾盤脊部形成多個(gè)軸向延伸 的槽，所述多個(gè)軸向延伸的槽在所述夾盤的圓周上間隔，其中所述套管支撐多個(gè)突起于其 內(nèi)表面上，所述多個(gè)突起在所述套管的內(nèi)表面的圓周上間隔并在位置上對(duì)應(yīng)所述多個(gè)軸向 延伸的槽，每個(gè)突起可定位于相對(duì)應(yīng)的其中一個(gè)軸向延伸的槽中。
26.如權(quán)利要求25所述的夾盤組件，其中所述夾盤形成四個(gè)軸向延伸的槽，其中所述 套管支撐四個(gè)突起，每個(gè)突起可定位于相對(duì)應(yīng)的其中一個(gè)軸向延伸的槽中。
27.如權(quán)利要求24所述的夾盤組件，其中所述夾盤在所述夾盤脊部形成軸向延伸的第 一夾盤槽和軸向延伸的第二夾盤槽，所述第一夾盤槽和第二夾盤槽在所述夾盤的圓周上間 隔開(kāi)，其中所述套管支撐第一突起和第二突起，所述第一突起可定位于所述第一夾盤槽中， 所述第二突起可定位于所述第二夾盤槽中。
28.如權(quán)利要求24所述的夾盤組件，進(jìn)一步包括鉆頭保持組件，至少部分地由所述套 管提供，所述鉆頭保持組件包括軸向保持槽，由所述鉆頭形成的；保持突起，由所述套管支撐并可與所述保持槽配合；其中所述保持槽具有設(shè)有開(kāi)口的軸向延伸側(cè)壁以及軸向端壁，所述保持突起可經(jīng)由所 述側(cè)壁的開(kāi)口而定位于所述保持槽中，所述保持突起可與所述端壁抵接以限制所述鉆頭從 所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。
29.如權(quán)利要求28所述的夾盤組件，其中所述鉆頭保持組件包括由所述鉆頭形成的槽 結(jié)構(gòu)，所述槽結(jié)構(gòu)包括保持槽；橫向槽，沿所述鉆頭至少局部的圓周方向延伸，所述橫向槽通過(guò)所述軸向槽的側(cè)壁的 開(kāi)口與所述保持槽連通；以及軸向進(jìn)入槽，具有開(kāi)放軸向端和與所述開(kāi)放軸向端相對(duì)的封閉軸向端，所述保持突起 可經(jīng)由所述開(kāi)放軸向端而沿軸向配合于所述進(jìn)入槽，所述橫向槽連通所述進(jìn)入槽與所述保 持槽，所述橫向槽在靠近所述封閉軸向端的位置連通所述進(jìn)入槽；其中，所述保持突起可移動(dòng)進(jìn)入所述進(jìn)入槽的開(kāi)放軸向端并移動(dòng)至所述封閉軸向端， 所述保持突起可然后移動(dòng)進(jìn)入所述橫向槽并經(jīng)由所述橫向槽進(jìn)入所述保持槽，所述保持突 起可經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口而被定位于所述保持槽，所述保持突起可與所述端壁抵接以限制 所述鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移動(dòng)。
30.一種用于地鉆機(jī)組件的組件，所述鉆機(jī)組件包括具有中軸線的殼體，所述組件包括鉆頭，包括大致呈圓柱形的頭部；夾盤，可連接至所述殼體并可操作以支撐所述鉆頭，所述夾盤具有外表面，其上設(shè)有徑 向向外延伸的夾盤脊部；套管，具有內(nèi)表面，其上設(shè)有徑向向內(nèi)延伸的套管脊部，所述套管脊部可與所述夾盤脊 部配合以限制所述套管相對(duì)于所述夾盤的軸向移動(dòng)；所述夾盤和套管其中之一設(shè)有軸向延 伸的第一槽，所述夾盤和套管其中另一具有第一突起，所述第一突起可定位在所述第一槽 中以限制所述套管和夾盤之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；以及保持組件，設(shè)在所述套管和鉆頭之間，所述保持組件包括軸向保持槽，由所述套管和鉆頭其中之一形成，所述保持槽具有設(shè)有開(kāi)口的軸向延伸 側(cè)壁和軸向端壁；以及保持突起，由所述套管和鉆頭的其中另一支撐，所述保持突起可經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口 而定位于所述保持槽中，所述保持突起可與所述端壁抵接以限制所述鉆頭從所述套管遠(yuǎn)離 所述殼體的軸向移動(dòng)。
31.如權(quán)利要求30所述的組件，其中所述夾盤在夾盤脊部形成軸向延伸第一槽，所述 套管支撐所述第一突起于其內(nèi)表面上。
32.如權(quán)利要求31所述的組件，其中所述鉆頭形成保持槽，所述套管支撐所述保持突起。
33.如權(quán)利要求32所述的組件，其中所述第一突起在圓周方向上與所述保持突起間隔 至少約30度。
34.如權(quán)利要求32所述的組件，其中所述第一突起在圓周方向上與所述保持突起間隔 約45度。
35.如權(quán)利要求32所述的組件，其中所述第一突起在軸向上與所述保持突起間隔開(kāi)。
36.如權(quán)利要求32所述的組件，其中所述夾盤在所述夾盤脊部形成多個(gè)軸向延伸第一 槽，所述多個(gè)軸向延伸第一槽在所述夾盤的圓周上間隔，其中所述套管支撐多個(gè)第一突起 于其內(nèi)表面上，所述多個(gè)第一突起在所述套管的內(nèi)表面的圓周上間隔并在位置上對(duì)應(yīng)所述 多個(gè)軸向延伸第一槽，每個(gè)第一突起可定位于相對(duì)應(yīng)的其中一個(gè)軸向延伸第一槽中。
37.如權(quán)利要求36所述的組件，其中所述鉆頭形成多個(gè)軸向延伸保持槽，所述多個(gè)軸 向延伸保持槽在所述鉆頭的圓周上間隔，其中所述套管支撐多個(gè)保持突起于其內(nèi)表面上， 所述多個(gè)保持突起在所述套管的內(nèi)表面的圓周上間隔并在位置上對(duì)應(yīng)所述多個(gè)軸向延伸 保持槽，每個(gè)保持突起可定位于相對(duì)應(yīng)的其中一個(gè)軸向延伸保持槽中。
38.如權(quán)利要求32所述的組件，其中所述夾盤在夾盤脊部上形成四個(gè)軸向延伸第一 槽，所述軸向延伸第一槽在所述夾盤的圓周上實(shí)質(zhì)上等距間隔，所述套管支撐四個(gè)第一突 起，所述第一突起在所述套管的內(nèi)表面的圓周上實(shí)質(zhì)上等距間隔，每個(gè)第一突起可定位于 相對(duì)應(yīng)的一個(gè)軸向延伸第一槽中。
39.如權(quán)利要求38所述的組件，其中所述鉆頭形成四個(gè)軸向延伸保持槽，所述軸向延 伸保持槽在所述鉆頭的圓周上實(shí)質(zhì)上等距間隔，所述套管支撐四個(gè)保持突起，所述保持突 起在所述套管的內(nèi)表面的圓周上實(shí)質(zhì)上等距間隔，每個(gè)保持突起可定位于相對(duì)應(yīng)的一個(gè)軸 向延伸保持槽中。
40.如權(quán)利要求39所述的組件，其中所述第一突起和保持突起偏離約45度。
41.如權(quán)利要求32所述的組件，其中所述夾盤在所述夾盤脊部形成軸向延伸的第一 夾盤槽和軸向延伸的第二夾盤槽，所述第一夾盤槽和第二夾盤槽在所述夾盤的圓周上間隔 開(kāi)，其中所述套管支撐第一套管突起和第二套管突起，所述第一套管突起可定位于所述第一夾盤槽中，所述第二套管突起可定位于所述第二夾盤槽中。
42.如權(quán)利要求32所述的組件，其中所述保持突起在定位于所述保持槽之前穿過(guò)所述第一槽。
43.如權(quán)利要求42所述的組件，其中所述保持組件進(jìn)一步包括所述鉆頭形成的進(jìn)入 槽，所述進(jìn)入槽與所述第一槽連通，所述保持突起穿過(guò)所述第一槽而進(jìn)入所述進(jìn)入槽。
44.如權(quán)利要求43所述的組件，其中所述保持組件進(jìn)一步包括橫向槽，所述橫向槽連 通所述進(jìn)入槽與所述保持槽，所述橫向槽沿所述鉆頭至少局部的圓周方向延伸，所述橫向 槽通過(guò)所述保持槽的側(cè)壁的開(kāi)口與所述保持槽連通，所述保持突起可從所述進(jìn)入槽移動(dòng)進(jìn) 入所述橫向槽并經(jīng)由所述橫向槽進(jìn)入所述保持槽。
45.一種保持地鉆機(jī)組件的鉆頭的方法，所述鉆機(jī)組件包括具有中軸線的殼體、鉆頭、 夾盤、套管、保持組件，所述鉆頭具有大致呈圓柱形的頭部，所述夾盤具有外表面，其上設(shè)有 徑向向外延伸的夾盤脊部，軸向延伸的第一槽設(shè)在所述脊部上，所述套管具有內(nèi)表面，其上 支撐徑向向內(nèi)延伸的套管脊部和第一突起，所述保持組件包括軸向保持槽和保持突起，所 述保持槽由所述套管和鉆頭其中之一形成，所述保持槽具有形成開(kāi)口的軸向延伸側(cè)壁和軸 向端壁，所述保持突起由所述套管和鉆頭的其中另一支撐，所述方法包括下列步驟(a)連接所述鉆頭至所述夾盤；(b)定位所述套管于所述夾盤上，所述夾盤可連接至所述殼體；(c)連接所述保持組件，包括經(jīng)由所述側(cè)壁的開(kāi)口將所述保持突起定位于所述保持槽 中，所述保持突起可與所述端壁抵接以限制所述鉆頭自所述套管遠(yuǎn)離所述殼體的軸向移 動(dòng)；以及(d)所述第一突起與所述第一槽配合以限制所述套管與夾盤之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種夾盤組件、用于地鉆機(jī)組件的組件以及保持地鉆機(jī)組件的鉆頭的方法，其中鉆機(jī)組件具有殼體。組件包括鉆頭、夾盤、套管。鉆頭具有大致呈圓柱形的頭部。夾盤可連接至殼體并可操作以支撐鉆頭。夾盤具有外表面，其上設(shè)有徑向向外延伸的夾盤脊部。軸向延伸的第一槽設(shè)在脊部上。套管具有內(nèi)表面，其上設(shè)有徑向向內(nèi)延伸的套管脊部，套管脊部可與夾盤脊部抵接以限制套管相對(duì)于夾盤的軸向移動(dòng)。套管具有支撐在其內(nèi)表面上的第一突起。第一突起可定位在第一槽中以限制套管與夾盤之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。組件還可包括設(shè)在套管和鉆頭之間的保持組件。
文檔編號(hào)E21B4/02GK101864894SQ20101017227
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者戴耳·理查德·沃爾菲爾 申請(qǐng)人:阿特拉斯·科普科·西科羅克有限責(zé)任公司